SU814162A1 - Монотронный генератор и способ генерации колебаний в нем - Google Patents

Abstract

1. Монотронньй генератор, содержащий инжектор электронов, соос- но ему распрложенньй резонатор с пролетным каналом и выводом энергии, коллектор, б.тличающийс  тем, что, с целью обеспечени  возможности генерации субгармоник, повьшге- ни  КПД, уменьшени  пускового тока,в инжектор введено устройство формировани  электронных сгустков, приэтом резонатор настроен на частоту f^определ емую следующим соотношением;f/fo = n/m,где fo - частота следовани  электронных сгустков;п,ш - целые числа и n/m < 1 .•2. Способ генерации колебаний в монотронном генераторе по п.1 , включающий операцию ввода электронного потока в пролетный канал резонатора, отличающийс  тем, что при f/f = 1/2 невоэмущен- ный угол пролета электронных сгустков в резонаторе и величину среднего тока Я выбирают- из следующих соотношений ',

Description

у//////// Изобретение относитс  к области СВЧ-техники, а более конкретно к источникам СВЧ-мощности, и может быть использовано в ускорительной технике. Известен пролетный клистрон, со ,держащий инжектор электродов и резонаторы Cll. Генераци  субгармоник основной частоты производитс  при инжекции модулированного электронного пучка в резонатор с двум  зазорами . Этот клистрон имее сложную конструкцию, требует длительной настройки перед включением и обладает невысокой надежностью. Известен монотронный генератор СВЧ-колебаний, работающий при отрицательной активной электронной пров димости рабочего зазора резонатора монотрон, содержащий инжектор элект ронов, соосно му расположенный резонатор с пролетными каналами и выводом энергии и коллектор Г23. Гене раци  в монотроне осуществл етс  путем ввода электронного потока в пролетный канал резонатора с невозмущенным углом пролета . Несмотр  на внешнюю простоту, такие генераторы широко не используютс , так как.обладают низким КПД и требуют большого пускового тока. Целью изобретени   вл ютс  созда ние на основе принципа действи  мон трона устройства дл  генерации субгармоник , повышение КПД и уменьшени пускового тока. Поставленна  цель достигаетс  те что в монотронном генераторе, содер жащем инжектор электронов, соосно ему расположенный резонатор с пролетным каналом и вьюодом энергии и коллектор, в инжектор введено уст ройство формировани  электронных сгустков. Резонатор настроен на частоту f, определ емую следующим соот.ношением f/fp n/m, где fjj - частота следовани  электронных сгустков, n,m - целые числа и n/m 1. Генераци  субгармоник в монотрон ном генераторе осуществл етс  путем ввода электронного потока в пролетнвц канал резонатора. При невозмущенный угол пролета бр электронных сгустков в резонаторе и вели 8 J чину среднего тока 5о выбирают из следующих соображений ( бсгО (1+sineo-1+2cos0o 0, 28 g 0 (6o-1)(1+sineo-1+cosQ где do средний TOKj QO невозмущенный угол пролета сгустков в резонаторе; U(j - напр жение инжекции электронных сгустков; R - шунтовое сопротивление резонатора с учетом внешней нагрузки. На фиг. 1 представлена схема монотронного генератора; на фиг. 2 зависимость функции |(в) от невозмущенного угла продета вд электронных сгустков в резонаторе; на фиг.З результаты расчета на ЭВМ баланса. энергии зависимости электронного КПД от амплитуды напр жени  на резонаторе при различных значени х невозмущенного угла пролета; на фиг. 4 представлена рабоча  характеристика монотронного генератора со следующими параметрами: невозмущенный угол пролета 9о 2,67, напр жение инжекции электронньж сгустков UQ 50 кВ; сопротивление нагрузки, перечисленное к зазору резонатора, R 0,52 мОм, шунтовое сопротивление резонатора без учета внешней нагрузки R 3,70 мОм, средний за период ток р 10 А; частота субгармоники f в два раза меньше частоты следовани  электронных сгустков fJJ , т.е. f/fj, 1/2; КПД устройства ivj 70%; электронный КПД ц §0%. Предлагаемьй монотронный генератор работает следующим образом. Инжектор электронов 1 формирует электронные сгустки, которые поступают в резонатор 2 и взаимодействуют с его продольным электрическим полем. В результате происходит преобразование кинетической энергии электронов в энергию СВЧ-колебаний резонатора на частоте субгармоники. Энерги  выводитс  через устройство 3, а электроны собираютс  на коллекторе 4, Рассмотрим физические процессы, происход щие в монотронном генераторе , в сравнении с прототипом. Непрерывный пучок в монотронне может быть рассмотрен (дл  анализа) как последовательность большого числа сгустков за период колебаний резонатора . Если это число сгустков N стремитс  к бесконечности, то получим обычный монотрон с непрерывным пучком. Начнем теперь уменьшать число N. Таким образом, формально можно утверждать, что монотрон делит бесконечно высокую частоту (, Nf в N раз и  вл етс  генератором частоты f При конечном N в расчете можно рассмотреть просто баланс энергий разницу между энергией сгустков на входе и на выходе из резонатора. Наиболее просто это сделать дл  Расчет электронного КПД устройства при сделан в предложении малой фазовой прот женности сгустков. Вначале допускаетс  наличие HIEKOTOрого продольного электрического пол  в резонаторе, а затем показываетс , что при определенных услови х на длину резонатора или (что то же самое ) на величину невозмущенного угла пролета, энерги  сгустков на выходе резонатора становитс  меньше, чем их энерги  на входе. Разница между этими энерги ми, отнесенна  к энергии сгустков на входе,  вл етс  электронным КПД 1 устройства. В рассмотрен ном случае получено дл  малых |; (9o)f (ев) (во-1)(1+81п0о)-И-2со8в, безразмерна  ампли туда напр жени  на резонаторе; -удельный зар д элек трона; -напр жение на резонаторе; 10 27( ; -длина резонатора. ф(9ц) имеет р д интерваФункци  лов или зон генерации (см. фиг. 2), в которых она принимает значени  бол шие нул . В этих зонах происходит перекачка энергии сгустков в энергию СВЧ-полей резонатора. Однако из-за диссипации энергии в стенках резонатора величина должна быть достаточно большой. Это соответствует существованию пускового тока - минимальной величины конвекционного тока сгустков, при которой подкачка энергии в резонатор больше, чем потери в нем. Расчет этой величины дл  дает Выражение (1) дл  i справедливо при малых S . При достаточно больших баланс энергий был рассчитан на ЭВМ. Результаты приведены на фиг.З. КПД устройства i - это отношение мощности, идущей в полезную нагрузку , подключенную к резонатору, к мощности пучка. С другой стороны : R -RpRH 2RoUo3 o где RQ - шунтовое сопротивление резонатора без учета внешней нагрузки; Кц - сопротивление нагрузки, перес итанное к зазору резонатора . Первое из равенств (3) показывает, что полезна  мощность, вьщел ема  устройством в нагрузке, есть разность между полной рассеиваемой СВЧмощностью и СВЧ-мощностью, рассеиваемой в резонаторе. Поскольку Чп пропорциональны , на графие в логарифмическом масштабе изображающие их пр мые параллельны между собой и параллельны пр молинейной части криводй (Е) (см. фиг. 4). Точка пересечени  v( и1()  вл етс  рабочей точкой устройства. В ней энерги , отобранна  у пучка распредел етс  между резонатором и нагрузкой . При напр жении меньшем, чем в рабочей точке, разность между мощност ми и идет на повышение напр жени  в резонаторе. Проведенные испытани  показали работоспособность описанного монотронного генератора. Предлагаемый монотронныи генератор позвол ет генеровать СВЧ-колебани  на частоте субгармоники, имеет вьюокий КПД, малый первеанс пучка ( Z-IO), что крейне важно при практическом использовании, малую величину пускового тока.

7вЗЮ- j

1

06

s- ц

3

г

i

yi

4- 3гг

Claims (1)

1. Монотропный генератор, содержащий инжектор электронов, соосно ему расположенный резонатор с пролетным каналом и выводом энергии, коллектор, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности генерации субгармоник, повыше- где f₀ п,ш 2.

f/f_o = n/m, частота следования электронных сгустков; целые числа и п/тп < 1 .

Способ генерации колебаний в монотронном генераторе по π.1, включающий операцию ввода электронного потока в пролетный канал резонатора, отличающийся тем, что ный угол сгустков среднего щих соотношений (Qp“1)(1+sin8₀)-1+2 cos0_o>O, 2 0¾_____________ (θο “D ( 1+s in θ₀ )-1-cos6 при f/f = 1/2 невозмущенпролета электронных в резонаторе и величину тока ί выбирают- из следуюIt· где U_o напряжение инжекции электронных сгустков;

(/ c

Q w

□e

4* σ

к

Изобретение относится к области СВЧ-техники, а более конкретно к источникам СВЧ-мощности, и может быть использовано в ускорительной технике.